對RP光纖功率軟件進行了擴展，使受激拉曼散射可以用于數值光束傳播的模擬。它的實現是非常靈活的，允許任意的非線性系數的橫向剖面和不同波長的大量波之間的相互作用。

最近，使用RP光纖功率軟件的研究人員告訴我們，他們忽略了在基于數值光束傳播的模擬中包括受激拉曼散射的可能性。通過激光增益和交叉相位調制的相互作用已經實現，但還沒有 SRS。

我們最初對這個想法持懷疑態度，但最終得出的結論是，它可能對很多人都有用。最初的擔憂是，大量的拉曼轉換通常需要許多米的光纖，而對于數值光束傳播，通常只需要幾個微米的數值步長。這種組合導致大量的數值步驟和相應的長計算時間。首先，一些研究人員準備好讓軟件運行幾個小時，如果這能產生一些重要的結果。其次，在納秒脈沖的背景下，我們可以有相當大的峰值功率，即使在相當有限的光纖長度內——甚至可能遠低于一米——也能產生強大的拉曼轉換。

 

橫向依賴是相關的

另一方面，在一些情況下，使用數值光束傳播是完全有意義的，不僅考慮光場的橫向依賴關系，而且考慮光纖結構的橫向依賴關系——考慮折射率、非線性指數和拉曼增益系數。(需要注意的是，二氧化硅纖維的折射率曲線往往是由鍺摻雜曲線形成的，鍺摻雜曲線也會影響非線性指數和拉曼增益系數。)我們可以很容易地想象這樣的情況:忽略橫截面的簡化模擬無法提供所需的答案。

顯然，我們不僅要考慮折射率的任意橫向依賴性，還要考慮非線性指數和拉曼增益系數的任意橫向依賴性。對于后者，我提供了新的函數bp_set_SRS();這樣，用戶就可以為當前的波束傳播裝置指定一個數學表達式。軟件會自動檢查是否依賴于徑向坐標r或x或y。

關于數值步長的考慮

如上所述，要正確處理折射率剖面和衍射的影響，需要相當精細的數值步驟。另一方面，拉曼轉換發生在更長的空間尺度上。這就提出了一個問題，是否可以用更大的步長數值模擬拉曼轉換，以節省計算時間。關于這個問題的一些重要想法:

對于單模光纖，這種方法應該很有效。只是，數值光束傳播可能不是理想的技術方法，因為在橫光束輪廓可以被認為保持恒定的情況下，簡單的功率傳播就足夠了(而且快得多)。

在多模光纖中，由于模的傳播常數有很大的差異，泵浦波和信號波的強度分布可以在相當小的長度尺度上發生變化。這似乎表明拉曼轉換應該用相當精細的數值步長來模擬——步長遠低于模式拍長。然而，較大的步長所產生的誤差實際上可能在許多數值步長之后或多或少地得到平均值。因此，大的步長通常沒有意義。

在這種情況下，軟件應該盡可能靈活。默認情況下，RP光纖功率將使用與其他效果相同的精細步驟進行拉曼轉換。這可以通過函數bp_set_SRS_steps(N)來改變，用戶可以使用該函數指示只在每N個數值步中模擬拉曼轉換。然后，用戶可以自己嘗試是否可以在不影響結果準確性的情況下節省一些計算時間。

就在今天，我們發布了一個關于多模光纖中受激拉曼散射的案例研究的新網頁。下面是其中一幅圖，展示了光纖中光功率的演變:

圖1:光纖中光功率的變化。

雖然數值光束傳播當然不是基于光纖模式的概念，但一些信號模式中的功率已經用重疊積分計算過了。

多光波的相互作用

許多模擬只涉及兩個光波:一個泵浦波和一個信號波。然而，我們認為軟件不應該局限于這種情況。因此，我們設計的拉曼增益系數也可以依賴于某些波對的光頻差。軟件就可以計算出每一對波對應的拉曼增益系數，這樣就不需要限制波的數量為兩個。我們可以很容易地想象出這種功能非常有趣的情況:有些人研究級聯拉曼轉換過程，其中第一個斯托克斯波泵浦第二個斯托克斯波等。

在某些情況下，一個或幾個泵浦波放大了幾個具有不同波長的信號波。如果信號波在波長上有很大的不同，它們之間也可能存在拉曼相互作用。因此，我們期望通過這個軟件擴展，有趣的進一步的科學研究將成為可能。